Таллиннская высшая техническая школа (Tallinna Tehnikakõrgkool) открыла в столице уникальную лабораторию 3D-печати бетоном – первую в своём роде в Эстонии. Ведущий лектор Института строительства Таллиннской высшей технической школы и руководитель лаборатории по 3D-печати бетоном Айварс Альт рассказал, как новейшая технология может отразиться на нашей жизни и почему ею интересуются даже Силы обороны.
Денис Пастухов
info@mke.ee
Создание новой лаборатории, находящейся в таллиннском районе Кристийне по адресу Сийдисаба, 8, обошлось в 250 000 евро и ознаменовало новый уровень передовых методов и инноваций в строительной отрасли и других областях.
А с 24 по 28 августа Таллиннская высшая техническая школа принимала конкурс Betooniprint 2026 – студенческим командам нужно было разработать продукт, пригодный для 3D-печати бетоном. С проектом модульной уличной кухни победила Высшая художественная школа «Паллас» (Тарту) в составе Лилль Кагадзе, Виллиам Силланурм, Греэте Салло и Аннабель Сеэн. Признанная жюри лучшей работа была напечатана из бетона в масштабе 1:1, и её можно будет увидеть на фестивале «Ночь дизайна», который пройдёт в Таллинне с 28 сентября по 4 октября.
Разработано в Эстонии
– Начнём с азов: зачем нужна 3D-печать бетоном?
– Ее более глобальная цель в строительстве – реально уменьшить долю рабочей силы и за счёт этого компонента повысить эффективность строительства. Плюс можно ещё выделить то, чем мы и занимаемся: размещая материал с высокой точностью, можно создавать более эффективные конструкции.
Я бы сказал, что эта технология нова – и не только для Эстонии. В мировом масштабе можно говорить примерно о 2015 годе, хотя и в очень экспериментальной фазе. В Эстонии уже через год-два после этого заинтересованные лица придумали прототипы машины, а с 2018 года Таллиннская высшая техническая школа занимается развитием как материалов, так и техники для 3D-печати бетоном.
– Как проходит процесс?
– В этом здании мы с партнёрами начали работать с совершенно другим видом принтеров – сегодня в лаборатории можно увидеть роботизированную руку, но вначале была машина типа gantry – рама и трёхосевой рабочий стол, который размещает бетон.
Процесс сам по себе довольно простой: важный компонент – это очень точно дозирующий воду и постоянно работающий насос, и мы используем заранее подготовленные смеси. Сейчас в использовании – наша собственная смесь, разработанная в сотрудничестве с Weber Eesti и сделанная по принципу just add water («просто добавь воды» – прим.ред.).
То есть сюда (он показывает на насос) загружают сухую смесь, уже имеющую правильный состав сухих компонентов. На этой машине в собранном виде устанавливают непрерывно действующий цилиндрический смеситель. Зачем он нужен? Потому что бетон, который мы укладываем, в первые моменты должен легко течь и быть хорошо обрабатываемым. Но как только он уже уложен на рабочую поверхность, через считанные секунды на него может быть нанесён следующий слой.
Это значит, что смесь должна быть постоянно однородной. Мы готовим небольшие порции, загружаем их в ёмкость и транспортируем к месту печати. Датчик подсказывает, когда добавить следующую порцию, чтобы смесь всегда была свежей и имела одинаковые свойства. Это важно, потому что так легче точно дозировать воду и равномерно подавать бетон. Нельзя допускать резких колебаний подачи – от этого страдает качество изделия. Система сочетает этапы смешивания и перекачки: один агрегат формирует рабочую порцию, а затем в модуле выполняется точное дозирование и подача.
При 3D-печати бетоном в плане подачи или типов смесей можно разделить всё на однокомпонентную смесь и многокомпонентную смесь. Если говорить о двухкомпонентном составе, то одно из преимуществ – возможность добавлять пигменты прямо через сопло в выходящую массу, то есть это – способ окрашивания. А нынешний оттенок появляется из-за использования сланцевой золы – она при измельчении даёт розоватый цвет, что заметно отличается от классической золы, которую обычно добавляют в смесь.
Роботу мы заранее задаём рабочую траекторию и скорость движения; формируем слой за слоем либо из какой-то CAD-модели, либо по базовой линии, и можем очень быстро всё выполнить – от идеи до реализации уходит всего несколько часов, потому что ему уже заданы программы.
То есть задача робота по сути – следовать заданному пути с постоянной скоростью. Роботизированная рука хорошо проходит кривые, у неё лучшая точность, чем у некоторых других. Но её минус – в том, что у неё относительно небольшая рабочая зона. И когда речь идёт о строительстве дома, обычно используют большой принтер вокруг строительной площадки.
Геометрически сложный, но прочный
– Есть ли разница между обычным производственным бетоном и напечатанным?
– Конечно! Начнём с того, что, например, та же насосная технология, которую мы используем на роботе при подаче, в основном позволяет работать с растворами. Это означает, что в материале используют частицы размером в несколько миллиметров; в традиционном бетоне применяются фракции 8 мм, 16 мм – то есть крупный щебень, который у нас здесь не используют из-за специфики машин.
Если говорить о соотношении классических методов и печати, то моё текущее понимание таково: технология печати не конкурирует с массовым изготовлением простых железобетонных элементов (например, прямоугольных блоков), а скорее ориентирована на области со сложной геометрией. Такие конструкции могут быть нетипичными и более сложными по форме. Сегодня основные области применения, которые уже получили распространение, – это эстетические решения: городская мебель, отдельные элементы интерьера и т. п.
При сложных конструкциях печать бетоном – очень хорошее решение. У нас есть целый ряд направлений, которые ещё исследуют: например, в рамках нашего проекта мы работаем с интегрированными опалубками. Это значит, что мы печатаем форму, а затем заполняем её классическим бетоном, при необходимости армированным. Так мы оптимизируем несущую часть конструкции: принцип – не делать массивные плиты или стены, а размещать бетон только там, где это действительно требуется с точки зрения прочности.
– Насколько прочен бетон, распечатанный на 3D-принтере?
– Если смотреть на состав нашего бетона, то по прочности на сжатие он даёт показатели, очень близкие к обычному бетону. Часто возникает вопрос о слоях: если мы размещаем слои друг на друге, то нет ли проблем с тем, что между слоями сцепление хуже, чем у монолитного бетона? По результатам первых лабораторных испытаний можно смело утверждать, что сцепление между слоями сопоставимо с обычным бетоном.
Конечно, окончательные подтверждения нам ещё предстоит получить – нужны дополнительные серии испытаний. Но на сегодняшний день ощущение такое: материал в целом сопоставим с обычным бетоном, потому что всё сводится к цементу и к тому, сколько цемента мы используем. Классически именно цемент во многом определяет долговечность бетона в условиях внешней среды. И хотя у нас пока нет полностью научно обоснованного подхода, мы печатали разные элементы и оставляли их на открытом воздухе. За эти годы мы не заметили, чтобы погода как-то существенно повредила образцы.
Стоимость как вызов
– А в плане цены?
– Сейчас – это большой вызов. Кто занимается этой деятельностью, тот обычно не занимается приготовлением бетонной смеси, потому что это очень трудоёмко. Смеси, как правило, готовят на заводах в виде товарных смесей, и это уже ставит их в невыгодное положение по сравнению с классическим товарным бетоном. Поэтому дополнительную ценность должно приносить разработанное решение конструкции.
В нашей мини-лаборатории мы также сделали калькуляцию: для выполнения этой работы требуется два человека; есть затраты на оборудование и амортизацию, и, получается, час работы такого небольшого лабораторного комплекса стоит около 200 евро. Два основных компонента – лабораторный комплекс с рабочей силой и материал для печати, сумма этих двух компонентов очень просто и даёт цену продукта. Дальше расчёт: например, сегодня в первой половине дня мы напечатали один логотип; время печати логотипа составило 57 минут, округляем до часа, то есть трудозатраты – 200 евро, а материал для этого обошёлся примерно в 450 евро.
– Можно ли в городском пространстве увидеть напечатанные в этой лаборатории продукты?
– Мы всё же – научное учреждение, и наша основная функция – не производство. В то же время в рамках сотрудничества появились, например, компании, которые запустили пилотное производство – чтобы выпускать отдельные продукты и уже вполне коммерческие решения.
В Эстонии есть, например, компания Kiili Betoon. Но тем не менее вы можете увидеть перед Эстонской академией художеств нашу скамейку – конкурсную работу прошлого года.
Альтернатива скамейкам от ППП
– В прошлом году в Таллинне усилиями бывшего вице-мэра Пяртеля-Пеэтере Пере появились деревянные скамейки по цене примерно 1000 евро. Скамейки из 3D-бетона, на ваш взгляд, могли бы быть альтернативой?
– Да, я утверждаю, что технология сегодня уже на таком уровне, что можно было бы печатать такие скамьи. И эти бетонные скамьи, как мне кажется, уже конкурентоспособны по нынешней цене. Они точно не хуже деревянных, только дизайн, скорее всего, должен предусматривать дополнительно деревянную накладку, чтобы человеку было комфортнее сидеть. Помимо скамеек, технология подходит для уличной мебели, урн и цветочных горшков – эти изделия легко адаптировать под печать. При этом бетон долговечнее дерева.
– Какие страны сейчас сильны в области 3D-печати бетоном?
– Сильные школы есть по всей Центральной Европе: это, прежде всего, Швейцария, Нидерланды, Германия. Плюс появляются отдельные центры – скажем, в Южной Африке. И, конечно, Америка.
У США – своя ниша, там сосредоточено много крупных игроков. Я также уверен, что Китай находится в очень хорошей позиции, но по каким-то причинам информация оттуда распространяется не слишком хорошо, и мы не всегда знаем, что там конкретно делают.
В конце октября я буду в Нанкине, мы везём туда один результат нашего исследования, и надеюсь, что сможем также посетить местные заводы.
И строители, и военные
– Видите ли вы, что у эстонских компаний уже есть интерес?
– В общем, да, они его уже выражают. С радостью могу сказать, что в этом году наш конкурс по печати бетона для студентов поддержали семь компаний строительного сектора, которые профинансировали мероприятие.
– Насколько я понял, заинтересованы и Силы обороны?
– Да, мы уже сделали первые шаги в сотрудничестве с Силами обороны по нашему бетонному 3D-печатанию: подготовили на эстонском языке технико-экономическое исследование. Сегодня мы в основном смотрим на варианты использования материалов: сделали несколько небольших работ, провели практические испытания, которые вызвали интерес у Сил обороны, и это вылилось для нас этой весной в защищённую магистерскую работу, где учащийся исследовал прочность этих конструкций с учётом стандартов НАТО.
То, что интересует Силы обороны, – это именно упомянутая мной мобильная концепция, мобильная фабрика, что не обязательно означает машины на гусеницах. Это могут быть и мобильные заводы, которые оказываются рядом с местами применения печати, чтобы элементы могли быть напечатаны как можно ближе к конечному месту использования.
Насколько мобильные установки достижимы – трудно сказать, потому что мы этим ещё не занимались всерьёз. Но из того, что мы видели в мире, например, на заводе Weber в Нидерландах есть, так сказать, демо-контейнер: морской контейнер, оснащённый генераторами, насосами и роботами; это логистическая единица – контейнер можно привезти на объект, и внутри уже находятся все необходимые средства, так что печать можно начинать сразу. Технологическая основа уже существует.
– Теоретически в вашей лаборатории можно печатать не только бетон?
– Да. При адаптации системы подачи материалов наш парк оборудования позволяет с помощью роботизированной руки устанавливать различные материалы.
Победа на конкурсе
– В этом году прошел конкурс Betooniprint, в рамках которого в вашей лаборатории были распечатаны интересные дизайнерские студенческие работы, а технологией активно заинтересовались строительные компании.
– Когда мы запускали международный проект EXEP3D, у нас было два партнёра: Технический университет Эйндховена и Технический университет Дрездена. В рамках проекта мы обязались однажды организовать соревнование: суть проекта – учиться у зарубежных партнёров, осваивать навыки и в какой-то момент доказать, что умеем проводить процесс самостоятельно и обучать других. Мы впервые провели соревнование в 2025 году и, получив много положительных откликов, решили повторить его. Идея в том, чтобы молодое поколение инженеров и архитекторов могло воспользоваться этими знаниями и навыками.
В этом году в соревновании участвовали Высшая школа искусств Pallas, Эстонский университет естественных наук, Эстонская академия художеств и Таллиннская высшая техническая школа. Это прежде всего конкурс дизайн-концепций, учитывающий особенности материала и технологии. Изначально у нас не было чётко заданного направления, поскольку мы привлекли студентов строительной инженерии, архитекторов и промышленных дизайнеров. Однако, исходя из опыта конкурса, вероятно, мы будем двигаться в сторону категории «дизайн – архитектура».
– Насколько сложным для печати был объект, победивший на Betooniprint-2026?
– Это было относительно просто – нет сложных внутренних структур. Но участники не совсем хорошо понимали движение пути принтера, поэтому они не получили ровно то, что хотели, пришлось немного изменить принцип. Обычно при печати применяют замкнутые циклы, когда робот всё время движется по кругу, а в их случае пришлось использовать принцип «одной линии»: делаем одно движение, поднимаемся, возвращаемся, поднимаемся – и это немного сложнее, потому что в момент подъёма может образоваться избыточное нанесение бетона.
– Какова ориентировочная стоимость конкурсной работы?
– Это была конструкция для уличной зоны питания, например – гриль-зоны. Ее стоимость – около тысячи евро за напечатанную часть. Студентам было поручено сравнить своё решение с аналогичными товарами на рынке; они пришли к выводу, что их решение по цене уже сопоставимо с рыночными предложениями и в некоторых случаях конкурентоспособно. Так что в этой категории выход на рынок с таким изделием вполне реалистичен.
– Какие задачи вы ставите перед собой в будущем?
– Я бы отметил, что наша ближайшая, на полгода, важная задача – представить наши решения эстонским строительным компаниям, а также проектировщикам и архитекторам. Мы дошли до уровня, когда способны печатать, скажем, элементы и стены высотой в несколько метров – размеры машин это позволяют. Этой весной мы также завершили наше первое в рамках проекта демонстрационное решение – для земляного погреба, оно уже установлено. Основная цель сейчас – в сотрудничестве со строительными фирмами найти как можно больше областей применения, где технология действительно оправдана. Параллельно с партнёрами ищем логичные точки для дальнейшего развития; в идеале мы хотели бы прийти и к мобильным решениям, где машины могли бы перемещаться и работать на разных площадках, в том числе в природной среде – это наша научная амбиция.
КОММЕНТАРИЙ
Виллиам Силланурм,
студент Высшей художественной школы Pallas и победитель конкурса Betooniprint-2026
О конкурсе мы узнали через наше учебное заведение. Предложение было интригующим – испытание новой техники и материала. Тогда мы решили собрать команду и принять участие. В рамках конкурса в качестве нашей работы был создан модульный вариант уличной кухни Süss.
Идея возникла из наблюдения, что предлагаемые на рынке уличные кухни из-за большого веса – трудно транспортируемые и для многих недоступны по ценовому классу. Концепция Süss решает это за счёт модульности: два элемента с разным дизайном можно комбинировать между собой и при необходимости адаптировать под разные решения. Так продукт легче транспортировать, и пользователь может сам собирать модули в соответствии со своими потребностями.
Самым сложным было понять печатную машину, не используя её ранее. Из-за требований безопасности печать нельзя было ни разу прерывать, поэтому пришлось заранее продумать весь путь печати объекта (начало, конец, каждый слой). Также может оказаться сложным определить, сколько объектов помещается на печатную площадку, потому что допуск при 3D-печати бетоном довольно велик и объекты при печати могут вдавливаться друг в друга; также нужно было учитывать размеры самой машины, иначе её детали могут повредить печать.
По сравнению с другими материалами 3D-печать бетоном – очень интересная технология, которая даёт возможность предложить более экологичное, более быстрое и более дешёвое решение.
Мы как команда довольны нашей идеей, но у нее ещё есть пространство для развития. На конкурс мы пришли без особых ожиданий, хотели просто испытать себя и узнать что-то новое. То, что в ходе конкурса мы придумали современное и интересное решение, – большой бонус.
